渦輪噴氣發動機與渦輪螺旋槳
渦輪噴氣發動機是一種吸氣式燃氣渦輪發動機,在工作過程中執行內燃循環。它也屬於飛機推進發動機中的反作用發動機類型。20世紀30年代末,英國的弗蘭克·惠特爾爵士和德國的漢斯·馮·奧海因獨立開發了實用發動機概念,但直到二戰後,噴氣發動機才成為一種廣泛使用的推進方式。
渦輪螺旋槳發動機是另一種建立在渦輪噴氣發動機上的變體,它利用渦輪產生軸功來驅動螺旋槳。它們是早期往復式發動機推進和新型燃氣輪機動力推進的混合動力。此外,渦輪螺旋槳發動機可以看作是一種渦輪軸發動機,螺旋槳通過減速齒輪機構連接到軸上。
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通過進氣口進入的冷空氣在軸流壓縮機的連續級中被壓縮到高壓。在普通噴氣發動機中,氣流經過幾個壓縮階段,在每一個階段,將壓力提高到更高的水平。現代渦輪噴氣發動機可以產生高達10:1的壓力比,這是由於先進的壓氣機級設計了氣動改進和可變的壓氣機幾何形狀,以在每個階段產生最佳的壓縮。
空氣的加壓也會提高溫度,當與燃料混合時,會產生可燃氣體混合物。這種氣體的燃燒使壓力和溫度升高到非常高的水平(1200攝氏度和1000千帕),氣體通過渦輪機的葉片。在渦輪部分,氣體對渦輪葉片施加力並使渦輪軸旋轉;在普通噴氣發動機中,該軸的工作驅動發動機的壓縮機。
然後氣體被引導通過一個噴嘴,這產生了大量的推力,可以用來驅動飛機。在排氣口,氣體的速度可以遠遠高於聲速。噴氣發動機的工作是理想的布萊頓循環模型。
渦輪噴氣發動機在低速飛行時效率低下,最佳性能超過馬赫數2。渦輪噴氣發動機的另一個缺點是渦輪噴氣發動機噪音非常大。但由於其生產簡單、速度慢,目前仍在中程巡航導彈中使用
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渦輪螺旋槳發動機是渦輪噴氣發動機的一種高級版本,軸的工作是通過連接在渦輪軸上的減速齒輪機構來驅動螺旋槳。在這種形式的噴氣發動機中,大部分推力是由螺旋槳反作用產生的,而排氣產生的可用能量微不足道,因此大部分不用於推力。
渦輪螺旋槳發動機中的螺旋槳通常是恆速(變螺距)型,類似於大型往復式飛機發動機中使用的螺旋槳。雖然大多數現代渦輪噴氣發動機和渦輪風扇發動機使用軸流壓縮機,但渦輪螺旋槳發動機通常至少包含一級離心壓縮。
螺旋槳會隨著飛機速度的增加而失去效率,但在飛行速度低於725公里/小時時非常有效。因此,渦輪螺旋槳通常不用於高速飛機,而用於為小型亞音速飛機提供動力。一些例外情況也存在,如空客A400M和洛克希德馬丁C130,它們是大型軍用貨機,渦輪螺旋槳飛機用於這些飛機的高性能短距起降要求。
渦輪噴氣發動機和渦輪螺旋槳發動機有什麼區別?
•渦輪噴氣發動機是第一個用於飛機的吸氣式燃氣渦輪發動機,而渦輪螺旋槳是渦輪噴氣發動機的高級變體,使用燃氣輪機驅動螺旋槳產生推力。
•渦輪噴氣發動機在超音速時表現良好,而渦輪螺旋槳飛機在亞音速時表現良好。
•渦輪噴氣發動機目前用於特定的軍事用途,但渦輪螺旋槳飛機廣泛用於軍用和商用飛機。
圖表來源:
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